Inleiding: spieren: 3 types



Dovnload 97.85 Kb.
Datum21.08.2016
Grootte97.85 Kb.

Fysiologie 17. De contractie


17. De contractie
17.1. Inleiding:

spieren: 3 types:



  • skeletspieren: grote massa, dwarsstreping, cellen niet onderling gekoppeld via gap juncties, willekeurige contractie oiv prikkel op axon v /h motorisch neuron dat cel innerveert

  • hartspierweefsel: dwarsstreping, cellen verbonden dmv gap juncties, ritmische en spontane contractie, geen prikkel door zenuwstelsel maar van spontane pacemakeractiviteit v/d cellen v/d SA knoop, AP’s die verdergeleid worden over hartspier

  • glad spierweefsel: geen dwarsstreping, geen homogene groep, soms gap juncties, soms niet, sommige hebben pacemakeractiviteit waardoor spontane contractie optreedt

17.2. De skeletspier:

17.2.1. Opbouw

spiervezel = cylindrische cel, zo lang als spier zelf, bevat myofibrillen, parallel in lengteas cel , omgeven door sarcotubulair systeem (netwerk buisjes) en mitochondriën.

myofibrillen opgebouwd uit myofilamenten = duidelijk georganiseerd: parallel aan elkaar in herhalende eenheden  dwarsstreping
dwarsstreping:

opeenvolging elektronenendense donkere A banden (centraal M-lijnen) gescheiden door helderdere I banden (centraal Z-lijnen)

beide zijden M-lijn is A band minder donker = H zone

1 functionele eenheid v/e myofibril = sarcomeer, begrensd door 2 opeenvolgende Z-lijnen

figuur!
sarcomeer: 2soorten filamenten


  1. dunne filamenten: grijpen aan op Z-lijn

  2. dikke filamenten: zitten vast in M-lijn

I banden: enkel dunne filamenten

H band: enkel dikke filamenten

meest donkere zones in A banden: dunne en dikke filamenten overlappen

figuur!
dunne filamenten: hexagonaal patroon

dikke filamenten: tetragonaal patroon

doorsnede van overlap: dik filament omgeven door 6 dunne


17.2.2 het filament glijdingsmechanisme

1 Inleiding

spier kort in: dunne filamenten glijden progressief meer in ruimten tss dikke filamenten (sliding filament model)  bij constante lengte filamenten wordt de graad van overlapping groter: I banden korten in, net als hele sarcomeer, lengte A band blijft constant

figuur!


2 opbouw myofilamenten

opgebouwd uit eiwitten:



  1. dunne filamenten: actine, tropomyosine en troponine

  2. dikke filamenten: myosine II


dikke filamenten
myosine II is complex eiwit:

  • 2 identieke lange polypeptideketens = zware ketens of MHC (myosin heavy chains) : rond elkaar gedraaid in fibreuze ‘staart’

  • 4 lichte ketens = MLC (myosin light chains): met N-termini v/d zware ketens combineren in 2 globulaire koppen = myosinekoppen

 koppen hebben intrinsieke ATPase activiteit: binden ATP dat ze hydrolyseren tot ADP en Pi

‘nek’ v/h complex = scharnierpunt


100’en myosines worden met staarten opeengepakt tot dikke filament   koppen van opeenvolgend myosines steken in  richtingen uit
door asymetrische oriëntatie myosine moleculen tov centrum dikke filament (M-lijn)  centraal komen geen koppen voor
 genen voor myosine in zoogdiercel,  soorten cellen brengen  isoformen tot expressie
dunne filamenten

figuur!


basis: G-actine monomeren, in dubbelstrengige helix aaneengeschakeld tot F actine strengen, op deze srengen komt tropomyosine voor (2  helixen rond elkaar of coiled coil dimeren) die kop en staart liggen op F-actine streng
1 tropomyosine:

-)beslaat 7 actine monomeren

-)elk geassocieerd met troponine complex van globulaire eiwitten
troponine: 3 subunits:


  1. troponine T (TnT): complex aan tropomyosine binden

  2. troponine C (TnC): Ca2+ ionen binden (4 per TnC!)

  3. troponine I (TnI) in afwezigheid Ca2+op TnC specifieke bindingsplaats op actine (voor myosinekop) afschermen

3 interactie tss de myofilamenten


initiatie contractie:

binden Ca2+ aan TnC  conformatieverandering troponine complex  tropomyosinemoleculen bewegen lateraal op actinestreng  meer in groef getrokken  bp op actine voor myosinekoppen blootgesteld  interactie koppen met actine (dwarsbruggetje of crossbridge)

(!) activatie berust op wegvallen inhibitie (klem) op systeem dat sterke neiging tot interactie vertoont!

model contractie:

stap 1: myosine kop bindt, die ADP en Pi molecule bevat (hoog-energetisch!), los op actine bindingsplaats  loslating Pi  hechte binding tss actine en myosine


stap 2: “power stroke”: transitie myosinekop naar hechter gebonden vorm induceert conformatieverandering eiwit, geassocieerd met beweging kop  dunne filament verschuift tov dikke (contractie!)

biochemische reactie: deel energie uit hydrolyse ATP rotatie myosinekop



  1. hoog energetische vorm: oriëntatie kop loodrecht op as dikke filament

  2. laag energetische vorm: voorkeur-confomatie = 45° tov as

buigen crossbridge  kleine kracht = power stroke, die dunne filament kan verschuiven
stap 3: binding ATP: affiniteit voor actine vermindert en myosinekop komt los van actinedraad, afwezigheid voldoende ATP: geen dissociatie dwarsbrug : spieren vast in rigiede toestand (rigor)
stap 4: energie uit ATP hydrolyse: myosinekop terug in hoog energetische toestand brengen (myosine-ADP-Pi complex), klaar voor volgende cyclus

figuur!
[Ca2+]i hoog in spiercel: cyclus verschillende malen per seconde doorlopen! = cross bridge cycling

 telkens 1 molecule ATP wordt gehydrolyseerd, als spier inkort wordt dunne filament over dikke geschoven

 snelheid cycling bepaalt max. inkortingssnelheid (geen belasting) spiercel

 snelheid afh. aard myosine-isoform in bep. spiercel en gereflecteerd in mate ATPase-activiteit
-)brug los: dikke en dunne filamenten knn opnieuw glijden, elk dik filament heeft veel myosinekoppen in contact met 6 dunne filamenten

-)vorming crossbridges = niet simultaan op  actine bp: herhalingsafstand tss myosinekoppen  van bp op acine

-)interactie myosinekop met actine: andere kop kan niet binden, tenzij kleine verschuiving filament  geen doorslippen filamenten

cycling aan alle koppen, bevinden zich niet allen in zelfde stadium cyclus


-)glijden dunne filamenten tov dikke = niet voldoende

alle dunne filamenten sarcomeer in zelfde richting verschoven: geen contractie sarcomeer, A band enkel verschuiven tov Z -lijnen

-)verschil in polariteit v/d filamenten: thv M-lijn keert polariteit myosinekoppen om, polariteit dunne filamenten thv Z-lijn verandert  ineenhaken bij het verschuiven dunne filamenten, sarcomeren korter en dunne filamenten meer tss dikke opgeschoven: I banden korten in (= contractie!)

figuur!
isometrische contractie: spier kort niet in: cyclus ook doorlopen maar acto-myosine interactie komt telkens op dezelfde bp’s tot stand

17.2.3 de excitatie-contractie koppeling bij skeletspiercel (examenvraag!)

1 Inleiding


spiercel effectief kracht ontwikkelen  alle sarcomeren moeten simultaan geactiveerd worden door toename Ca2+ lokaal thv filamenten

door grote diameter cellen: proces onmogelijk door (hypothetische) diffusie van door celmembraan permeërende ionen.


-)synchrone activatie alle sarcomeren herleiden tot unieke membraanstructuur

 T-tubuli invagineren vanuit sarcolemma dwars naar binnenzijde spiercel, vertakken in netwerk, hele binnenzijde spiercel AP op buitenzijde celmembraan snel naar alle delen spiervezel verspreid tot nabij alle sarcomeren



-) e./ s. r. is opslagplaats Ca2+ ionen

rust: Ca2+ uit cytosol gepompt en laag gehouden door Ca2+ ATPasen (in hoge densiteit in membraan e.r. aanwezig)

 in lumen: Ca2+ bindend eiwit: calsequestrine: bindt ionen met



lage affiniteit (gemakkelijk loskomen bij vermindering [Ca2+])

hoge capaciteit  vrije Ca2+ in e.r. drastisch verlaagd: drijfkracht waartegen Ca2+ ATPase werkt wordt afgezwakt
terminale cisternen: bredere uiteinden e.r.

triade: gevormd uit 1 tubulus met aan beide zijden een terminale cisterne
2 signaaltransductie thv de triade
toekomende AP op membraan T-tubulus  loslating Ca2+uit s.r. (Ca2+ release) door openspringen Ca2+ release kanalen in membraan van e.r. thv triaden
Ca2+ release kanalen = ryanodine receptoren = RyRs

 plantaardig alkaloïde ryanodine bindt met zeer hoge affiniteit

openen in afwezigheid potentiaalverandering op e.r. membraan (AP beperkt tot membraan T-tubulus + nauwe ruimte cytoplasma tss beide membranen)

 transductie potentiaalverandering op T-tubulaire membraan naar openspringen RyRs in membraan e.r.:



  • in membraan T-tubulus thv triade: hoge densiteit spanningsafh. Ca2+ kanalen : gevoelig voor DHP1  DHPRs (receptoren)

  • Ca2+ instroom is niet essentieel voor contractie : membraanpotentiaal depolariseren is voldoende, activatie DHPRs = zeer traag (springt maar open met bepaalde delay na initiële verplaatsing voltage sensor oiv depolarisatie)

DUS: trage kinetiek  Ca2+ influx niet van belang bij normale AP op

skeletspiercelmembraan!

[uitz. = tetanus, wel influx! ]

verplaatsing voltage sensor DHPRs,  activatie RyRs



RyR-polypeptideketen heeft

-)aan C-terminus intramembranair gedeelte: kanaalgedeelte v/d receptor in membraan s.r.

-)grootste gedeelte keten: intracytoplasmatisch , vormt voetregio: in nauwe ruimte tss membraan e.r. en membraan T-tubuli (brug cytoplasma) , fysisch contact met DHPR

dus vlgs mechanische hypothese, wordt conformatieverandering DHPR oiv AP op T-tubulaire membraan allosterisch2 aangevoeld door voetregio RyR,  opent  Ca2+ vrijgesteld uit e.r.


loslating Ca2+ verhoogt [Ca2+] in cytoplasma  Ca2+diffundeert, bindt op TnC  contractie  inactivatie Ca2+ release kanalen + heropname Ca2+ in e.r. (via ATPase en calsequestrine)  [Ca2+]i normaliseert terug
17.2.4 fast twitch (FT)  slow twitch (ST) skeletspiervezels

1 AP  korte contractie  relaxatie : respons = spierschok (muscle twitch)

twitch start na depolarisatie, snelheid waarmee skeletspiervezel kracht ontwikkelt of inkort  per type:


  1. fast twitch (FT = type II = witte vezels): piek contractiekracht

(verbruikt sneller ATP voor krachtontwikkeling, ook voor relaxatie: berust op Ca2+ ATPase activiteit s.r.)

  1. slow twitch (ST = type I = rode vezels): langere spierschok

 in snelheid berust op snelheid ATPase activiteit, bep. aard myosine isoform in vezel


Witte = type 2 = FT

Rode = type 1 = ST

Lager myoglobine gehalte

Hoger myoglobine gehalte

Geringere oxydatieve capaciteit

Hoge oxydatieve capaciteit (meer mitochondriën+ hogere activiteit aërobe enzymen)

Hoge glycolytische capaciteit

Lagere glycolytische capaciteit

Snelle spiervezels (sneller vermoeid)

Trage spiervezels (minder snel vermoeid)

Veel vezels per unit: grote unit

Weinig vezels per unit: kleine unit

Ontwikkelde kracht = groot

Ontwikkelde kracht = klein

Motorisch cellichaam = groot

Motorisch cellichaam = klein

Doorsnede axon = groot

Doorsnede axon is klein

Hoeksnelheid = zeer snel

Hoeksnelheid = snel

Elektrische activiteit (spike rate: drempelwaarde) = hoog

Lagere drempelwaarde: eerst afvuren

Functie: niet dikwijls gerecruteerd, actief vooral bij krachtige contractie

Functie: eerst gerecruteerd, dikwijls actief (kleinere contracties)


selectieve training FT witte vezels: myoglobine en activiteit aërobe enzymes neemt toe, ATPase activiteit blijft ongeveer dezelfde

slectieve training ST rode vezels: anaërobe capaciteit neemt toe
1 motorisch neuron innerveert  skeletspiercellen (grote rompspieren: weinig  verfijnde spieren in vingers.. veel!)

alle spiervezels 1 bep. motorische unit = zelfde type: snelle en trage units in spier


meeste skeletspieren: gemengde type: zowel witte als rode motorische eenheden

-)lange spieren in rug: langdurige, trage contracties: rode

-)spieren v/d vingers: korte, precieze bewegingen: witte
aantal snelle ( 60%) en trage ( 40%) vezels in spieren: erfelijk bepaald

training beïnvloedt NIET aantal, wel hypertrofie vezels: toename kracht  groter aantal dwarsbruggen na synthese meer dunne en dikke filamenten  toename doorsnede individuele spiercellen

duurtraining: progressieve hypertrofie vooral type II (FT) vezels

snelheidstraining: hypertrofie type I (ST) vezels
17.2.5 karakterisatie contractie

contraherende skeletspieren:  effecten:



  1. kracht zonder inkorting: vasthouden voorwerp

  2. inkorten (concentrische contractie) met  snelheid

  3. verlengen (eccentrische contractie) grotere kracht tegenwerken dan zelf genereren

hoe spier contraheert afh. van belasting (load)
mechanische analyse contractie: antwoord spier in termen van kracht, lengte en inkortingssnelheid

  1. isometrische contracties: constante lengte spier

  2. isotone contracties: constante kracht of belasting

figuur!
1 isometrische contractie

totale lengte spiervezel verandert niet: kracht = isometrische contractiekracht: afh. lengte spier


verband lengte / kracht in 1 enkele spiercel

spiervezel in rusttoestand uitgerekt tot bep. lengte = rustlengte, 2 uiteinden gefixeerd, bij ingestelde, vaste lengte: isometrische activatie  kracht wordt gemeten (dit herhalen voor  rustlengtes)

bij bep. lengte : alle sarcomeren even lang, kracht ifv sarcomeerlengte ipv ifv totale lengte spiervezel

figuur!



  1. grote sarcomeerlengte (a) : geen overlapping tss actine en myosine: geen kracht

  2. kortere sarcomeerlengte (b, c en d): graad overlapping tss actine en myosine neemt toe: kracht neemt toe  maximale kracht (e)

  3. verdere inkorting (f, g) : kracht neemt niet verder toe maar af (er is geen bijkomende mogelijkheid tot vormen extra dwarsbruggen, centrum dikke filament is over bepaalde afstand vrij van myosinekoppen)

  4. nog kortere sarcomeerlengte : kracht neemt afdoor mechanische hindering  dunne filamenten tov elkaar of v/d dikke filamenten met de Z lijnen


dwarsbruggen zijn plaats van interactie tss actine en myosine filamenten + ze genereren kracht voor contractie, hoe groter hun aantal, hoe groter de kracht
verband lengte / kracht in totale spier

spier opgespannen tss 2 vaste punten, totale lengte spier kan voor contractie ingesteld worden, blijft constant tijdens contractie!


verband ingestelde spierlengte en isometrische kracht (actieve kracht) zelfde verloop als individuele spiervezel: korte spierlengte weinig kracht

uitrekking spier: kracht neemt toe tot een maximum, lengte waarbij dit max. = optimum lengte (L o): sarcomeerlengte = optimaal voor grote krachtonwikkeling (meeste spieren komen voor bij optimum lengte)

verdere uitrekking: kracht neemt terug af (overlappingsgraad actine / myosine vermindert terug)
figuur!:

spieren in rusttoestand: bep. weerstand tegen uitrekking



onderste curve: spanning in spier bij  lengte, in afwezigheid contractiele activatie (rust) = passieve kracht

uitrekking spier tot L o :  geen passieve kracht

uitrekking spier > L o: passieve kracht neemt toe

elke lengte: totale kracht = passieve + actieve kracht


2 isotone contractie
isotone contracties met vrije belasting
spier aan 1 vast punt gefixeerd, aan ander punt gewicht bevestigd: lengte spier in rust bepalen

contractie: spier kort in, last wordt opgetild, snelheid waarmee dit gebeurt omgekeerd evenredig met grootte last
netto belasting = 0  max. inkortingssnelheid (bep. door snelheid cross bridge cycling, inherente eig. spiercellen , zelf gedetermineerd door aard myosine isoformen)

grotere belasting: snelheid inkorten neemt af (hyperbolisch)

zeer zware belasting: spier kan niet meer inkorten  isometrische contractie (lengte cst.!) belasting waarbij dit gebeurt (F o) ~ max. isometrische kracht welke spier bij L o kan ontwikkelen

figuur!
isotone contracties met voor- en nabelasting


1 uiteinde spier gefixeerd aan kracht-transducer

andere uiteinde bewegen: gehecht aan hefboom, andere zijde scharnierpunt: gewichten (figuur!)


klein gewicht (voobelasting of preload) wordt bevestigd  rekt spier uit tot bep. lengte  stop plaatsen op hefboom, vermijden spier verder uitrekken wnr extra gewichten aanbrengen  meer gewichten toevoegen: niet op rustende spier doorgegeven , enkel wnr spier gestimuleerd tot contractie + kracht ontwikkelen: totale belasting wordt aangevoeld, als belasting niet te groot: spier kort in

totale belasting opgetild (voorbelasting + belasting) = nabelasting of afterload


3 serie-elastische component
depolarisatie T-tubulaire membraan  transiente verhoging myoplasmatische [Ca2+]  [Ca2+ ] transienten knn gemeten worden met fluorescerende proben
figuur: tijdsrelatie tss AP, Ca2+transient en (isometrische) twitch
Ca2+ stijging niet onmiddellijk gepaard met krachtontwikkeling spiercel (zelfs bij FT: voordat piek contractiekracht bereikt wordt: [Ca2+]in myoplasma al terug afgenomen  dissociatie Ca2+ ionen v/h troponine  afschakelen cross bridge cycling  relaxatie spier)
vertragingen tss activatie en contractie door serie-elastische elementen in spiercel
mechanisch equivalent: motor oefent cst. kracht uit  gemeten met kracht-transducer (tensie)

links: rigiede kabel  aanschakelen motor: totale tensie neemt onmiddellijk toe, evenredig met grootte kracht

rechts: elastisch element (veer) in serie met krachtbron  ontwikkelde kracht 1st gebruikt veer uitrekken, gemeten tensie stijgt niet direct, met vertraging

in korte tijdspanne motor aangeschakeld: niet max. kracht ontwikkeld!

figuur!
spier kan mechanisch voorgesteld worden als contractiele component in serie met elastische component
4 lengteveranderingen (l) v/d 2 componenten bij isometrische en isotone contractie
figuur: uitwendige l spier en l contractiele en elastische component tijdens isometrische en isotone contracties  stippellijn = moment van activatie
contractiele component kort in na activatie  verlengen tijdens relaxatie
isometrisch: uitw. lengte cst. l elastische comp. (verlenging) is spiegelbeeld van l contractiele comp.  uitrekking elastische: spanning in spier stijgt met zelfde tijdsverloop

isotoon:

-)vrije belasting: bepaalt grootte in rustlengte elastische comp. en spier  activatie: contractiele kort in, tonus spier, lengte elastische ongewijzigd, uitwendige l spier = reflectie l contractiele

-) met voor- en nabelasting: combinatie isometrische en isotone contractie met vrije belasting


  • voor activatie: voorbelasting bepaalt rustlengte elastische comp. en spier, net als bij vrije belasting

  • activatie: contractiele comp. kort in




    • initieel: spier kan niet inkorten voelt totale belasting > heersende

spanning kan niet opgelicht worden, inkorting contractiele comp. rekt elastische uit (~isometrische contractiefase)  spanning ↑, tot = totale belasting

    • spier opgebouwde spanning wordt gelijk aan totale belasting: kan

opgelicht worden (~ isotone contractie vrije belasting) lengte elastische, of spanning in spier cst. verdere l contractiele   totale spierlengte (inkorting  verlenging) tijdens isotone contractie-en relaxatiefase

    • laatste isotone fase: lengte v/d spier neemt terug toe tot opnieuw stop

bereikt: omgekeerde veranderingen als tijdens isometrische contractiefase: cst. spierlengte  contractiele elementen verlengen, elastische korten in  spanning ↓
5 lokalisatie v/d contractiele en elastische component
contractiele: motor contractie, cycleren dwarsbruggetjes tss dikke en dunne filamenten, elastische niet buiten maar binnenin sarcomeer  isometrische samentrekking lengte sarcomeer constant!

elastische: in aangehechte dwarsbruggetjes (figuur!)
isotone contractie: kopje myosinefilament knikt en trekt actine filament mee

isometrische contractie: actine filament kan niet bewegen, lengte blijft cst., bij knikken kopje wordt nekje myosinemolecule uitgerekt
17.2.6 modulatie v/d contractiekracht
uitvoeren willekeurige bewegingen: skeletspieren uiteenlopende krachten ontwikkelen, gradaties door:

  1. variatie contractiekracht door individuele spiercellen

  2. variatie aantal motorische units dat meewerkt in contractie

1 invloed prikkelfrequentie


frequentiepotentiëring

grootte contractiekracht door 1 spiervezel: afh. frequentie en prikkeling van innerverend motorisch axon

spier elektrisch geprikkeld (spierschok)+ plotse toename stimulatiefrequentie : kracht ↑ (niet plots, tot nieuwe steady state, telkens cst. grotere kracht)

-)toename in contractiekracht = overgangsstap (ook bij prikkeling spier na lange rust)

-)cst. grotere kracht bij hogere frequentie = steady state trap (frequentiepotentiëring)

figuur!

oorzaak = vertraagde Ca2+ reuptake in s. r .

1 AP op membraan  myoplasmatische [Ca2+ ] ↑  voldoende om alle troponine bp te bezetten

1 spierschok: max. contractiekracht niet bereikt: [Ca2+] ↓ in cytoplasma door heropname Ca2+ in e.r. vooraleer max. bereikt wordt , reden vertraging: serie-elastische component!

sneller stimulatiefrequentie: SERCA’s lopen wat achter (ATP snel aanvoeren)  Ca2+ transiënt duurt wat langer: myoplasmatische [Ca2+] = langer op hoger niveau  motor langer aan, hogere piek contractiekracht (figuur)
summatie in tijd = temporiële summatie

nog snellere elektrische stimulatie  opeenv. spierschokken summeren  sterkere contractie (figuur)


oorzaak = vertraagde Ca2+ reuptake in s. r .

na refractaire periode: nieuwe AP op membraan (prikkel!) Ca2+loslating uit e.r., als dit gebeurt voor vorige Ca2+transiënt volledig voorbij is en myplasmatische [Ca2+] rustwaarde bereikt  hoeveelheid losgelaten Ca2+ ionen wss kleiner (minder in e.r.)  toch  zelfde piekwaarden Ca2+ in s.r.



dus: voor alle Ca2+ ionen terug losgekomen van bp op TnC en dwarsbruggen verbroken: opnieuw zelfde piek Ca2+ -waarden in cytosol

(tss piek 1 en 2: gemid. [Ca2+] hoger dan rust)  opeenv. knn summeren! (piek contractiekracht > enk. spierschok)


repetitieve elektrische stimulatie hoge frequenties: myoplasmatische [Ca2+] daalt niet meer na 1ste Ca2+ transiënt, blijft op niveau, oscillerend, in buurt piekwaarde, bep. door evenwicht tss snelle Ca2+release en tragere reuptake mechanismen  max. contractiekracht, aangehouden = tetanus (> ind. spierschok!)

  1. volledige tetanus: geen relaxatie tss ind. spierschokken

  2. onvolledige of subtetanus: onvolledige relaxaties tss opeenv. spierschokken

fusiefrequentie = stimulatiefrequentie waarbij ind. spierschokken niet waaneembaar zijn (FT vezels: ind. spierschok = korter, fusiefrequentie hoger, lage drempel prikkelfrequenties)
temp. summatie in ind. spiercellen, afh. frequentie AP’s op innerverend motorisch axon: axon innerveert nog andere spiercellen  summatie in alle spiercellen v/d betreffende motorische unit!
summatie in ruimte = spatiale summatie

recrutering meer motorische units in spier



  1. geringste motorische activatie: 1 unit actief in totale spier

  2. grotere motorische activatie: meer axonen vertonen prikkels: meer units actief: totale contractiekracht ↑

aantal gradaties in kracht afh. grootte units
drempelfrequentie kleine en grote  motoneuronen 

-)laagste activatie: 1ste kleine motoneuronen, innerveren kleinste units (ST)

-)activatie groter: sterkere kracht nodig, gotere  motoneuronen, innerveren gotere motorische units (FT)
2 voordelen:


  1. geringere activatie: heel fijne gradaties in ontwikkelde kracht ( grotere activatie)

  2. kleinste motorische units ST: kleine krachten lang aangehouden, zonder vermoeidheid ( sterkere contracties: meer FT units: sneller vermoeid!)

niet alle units simultaan geactiveerd!

frequenties onder fusiefrequentie ST: geen afz. spierschokken waargenomen, wél aangehouden contractie(door alternerende of asynchrone activatie  units) als motorische input ↑  meer motorische units gerecruteerd + overgang afz. spierschok via subtetanus naar tetanus
grootste motorische units (FT) laatst aangesproken  hoogste fusiefrequentie

: tetanisatie slechts bij grootste fusiefrequenties, bij zeer grote krachtontwikkeling


contracties: niet alle motorische units gelijktijdig actief, afwisselend geactiveerd en “op rust gesteld” via activiteit Renshaw cellen + andere inhiberende interneuronen

max. kracht tijdens willekeurige contractie bekomen: ong. 40 % van max. kracht bekomen indien op kunstmatige wijze alle spiercellen simultaan geactiveerd zouden worden
17.3. De hartspier:

17.3.1 opbouw

vertakt netwerk spierbundels, elk omringd door  capillairen

elke bundel / vezel bestaat uit reeks geschakelde hartspiercellen, via gap juncties elektrisch gekoppeld   simultane activatie mogelijk atriale of ventriculaire spiercellen

hartspierweefsel = functioneel 1 geheel!
 spiercellen bevatten myofibrillen, opgebouwd uit sarcomeren  dwarsstreping

myofibrillen:


  • dunne(actine, troponine en tropomyosine) en dikke myosine filamenten

  • omringd door mitochondriën (99% aëroob !)

  • myosine-isoformen : lage ATPase activiteit en contractie = traag

  • omgeven door netwerk buisjes : s.r. met terminale cisternen in dichte appositie met T tubuli

17.3.2 excitatie-contractie koppeling hartspiercel (examenvraag!)


duur AP groter dan bij skeletspiercel (afh. type cel en frequentie prikkeling)

 voorkomen plateaufase:



  • tijdelijk evenwicht tss repolariserende (K+) en depolariserende (Ca2+ ) stromen

  • grootste deel contractie in refractaire periode

dus: geen temporiële summatie of tetanisatie mogelijk!!
knn. niet contraheren in Ca2+ vrij medium (influx tijdens AP door DHPRs= essentieel) , depolarisatie duurt veel langer, dus influx belangrijker

influx Ca2+ op zich is onvoldoende voor activatie myofilamenten: cytoplasmatische [Ca2+] ↑ vnl. onder T-tubulaire membraan  activatie RyRs  openen Ca2+ release kanalen : Ca2+ vrijgesteld = CICR (Ca2+ induced Ca2+ release)
skeletspier (mechanische koppeling)  hartspier (CICR)
influx Ca2+ : dragen niet direct bij tot activatie myofilamenten: echter wel van belang opladen s.r.!

in vitro: contractiekracht meten bij cst. stimulatie-frequentie + plots [Ca2+]o ↑: grootte ontwikkelde kracht stijgt niet direct : grotere instroom  geleidelijke toename conractiekracht , te wijten aan grotere vrijstelling Ca2+ uit e.r. tijdens volg. contracties
skeletspiercel: [Ca2+] ↑ tot niveau genoeg om alle TnC bp te satureren  hartspiercel: [Ca2+]i ↑ in cytosol tot piekwaarde, veranderingen in contractiekracht knn optreden door veranderingen in grootte Ca2+ transiënt
17.3.3 modulatie ontwikkelde kracht
geen motorische units  elektrische koppeling: alle cellen geactiveerd

spatiale of temporiële summatie onmogelijk!


plateaufase AP: refractaire periode nadat spierschok groot deel voorbij is: geen summatie en tetaniastie
ontwikkelde kracht varieert:

1 variaties in grootte Ca2+ transiënt

2 variaties gevoeligheid myofilamenten voor bep. Ca2+ stijging

 1 en 2 leiden tot intrinsieke variaties in kracht = inotropisme


figuur: verband sterkte kracht en grootte Ca2+ stijging in myoplasma:

vrije [Ca2+]stijgt van rustwaarde: op steile niet gesatureerde deel sigmoïdale curve:



  • vergroten transiënt: kracht ook vergroten

  • variatie in sensiviteit: horizontale verschuiving curve naar links (toegenomen sensitiviteit), rechts (afgenomen sensitiviteit)

piek Ca2+ stijging cytoplasma  grotere resp. kleinere kracht
1 veranderingen in grootte Ca2+ transient

veranderingen in [Ca2+]o

frequentiepotentiëring

spierbundel gestimuleerd aan bep. ritme,plots verhogen stimulatiefrequentie: kracht neemt geleidelijk toe steady state (door toename groote Ca2+ transiënt)



hogere frequentie: per tijdseenheid meer Ca2+ influx, cel minder tijd om Ca2+ terug uit cel verwijderen (vnl. via transmembranaire Na/Ca uitwisseling

mindere mate via plasmalemmaal Ca2+ ATPase)

 e.r. meer opgeladen met Ca2+  : vrijstelling eruit ↑ tijdens volg. activatie


nieuw evenwicht bereikt tss Ca2+influx, release en extrusie  grotere Ca2+

transiënten

digitalis glycosiden


    • stimuleren hartwerking (transmembranaire Na/Ca uitwisseling belangrijke rol extrusie Ca2+)

    • inhiberen deels Na/K pomp  [Na+]i ↑ lichtjes  inwaartse Na+ gradiënt neemt af  sec. actieve Na/Ca uitwisseling functioneert moeilijker  lichte oplading cel met Ca2+, vnl. in e.r. opgenomen en grootte Ca2+ transiënt neemt toe

meer e.r. loading wanneer grootte I Ca toeneemt

stimulatie β adrenerge receptoren door vrijgesteld noradrenaline of adrenaline

activatie G-proteïne gekoppelde receptoren  [cAMP]i ↑

cAMP afh. proteïne kinasen fosforyleren L-type spannings afh. Ca2+ kanalen  Popen vergroot  I Ca




  • pacemakercellen: I ca ↑  versnelling hartritme (positief chronotroop effect heeft positief inotroop effect op hart)

  • ventriculaire spiercellen: I Ca ↑ indirect grotere Ca2+ transiënten bij stimulatie

andere door β stimulatie geactiveerde cAMP-afh. kinasen fosforyleren Ca2+ ATPase in mebraan e.r. en troponine moleculen  affiniteit troponine voor Ca2+ vermindert

fosforylaties  snellere heropname Ca2+ in e.r.

oiv β adrenerge stimulatie:


  1. grootte Ca2+ transient neemt toe

  2. transiënt wordt korter  snellere relaxatie: belangrijk voor adequate vulling hart!!

2 veranderingen in Ca2+ sensitiviteit


vb. verminderde sensitiviteit: verandering affiniteit TnC voor Ca2+ via fosforylatie

β adrenerge stimulatie: grotere transiënt Ca2+ compenseert meer dan volledig de afname v/d sensitiviteit , toch grotere contractiekracht!
andere vb. :

  1. verandering intracellulaire pH: intracellulaire aanzuring doet sensitiviteit afnemen en alkalose doet ze toenmen

  2. uitrekking sarcomeren:

    • skeletspiercel: grotere uitrekking naar L o  actieve kracht ↑

(reden: minder hindering tss filamenten, meer dwarsbruggen tss actine en myosine)

    • hartspierweefsel: niet enige reden voor toename actieve kracht: ook gevoeligheid myofilamenten voor Ca2+

17.4. Glad spierweefsel:

17.4.1. voorkomen en indeling

in wand holle organen (maag, bloedvaten..) en in bep. klieren, cellen zeer klein en geen dwarsstreping


belasting cellen in wand opgelegd door druk in orgaan

spiercellen gerelaxeerd: volume orgaan neemt toe als inhoud vergroot tot bindweeffselmatrix in wand verdere expansie limiteert (toename passieve kracht)
fasische contractie = toename in tonus :

-)spier kan inkorten  orgaan ledigen door kortstondig druk verhogen

-)exciterende NT wordt vrij gesteld

tonische contractie = ev. afname spontane activiteit, afname in tonus:

-)spiecellen langdurig isometrisch contraheren: dimensies orgaan behouden

-)inhiberende NT wordt vrijgesteld
[skeletspier: motorisch axon stelt steeds Ach vrij: steeds exciterende werking]
onwillekeurige contracties: innervatie, controle contractiele activiteit oiv autonoom ZS
multi unit spierweefsel:


    •  ind. eenheden of spiercellen niet elektrisch gekoppeld

    • cellen dienen allen tot contractie aangezet te worden

    • contractie vlot door synapse en passant structuur v/d innervatie (hfst.16)

    • contracite soms uitgelokt door circulerende catecholamines of hormonen

    • vb. GSW van iris, vas deferens

single unit spierweefsel = visceraal GSP

  • 1 geheel door bestaan gap juncties tss cellen

  • bep. spiercel contraheert als thv membraan NT bindt en ook als

depolarisatie of second messenger doorgegeven wordt via de juncties uit naburige cellen

  • vb. GS in wand gastrointestinaal stelsel, circulaire of longitudinale spierlagen in wand darm

  • spontane ritmische, laagfrequente contracties, ontstaan door soort

pacemakeractiviteit: spontaan bep. drempelwaarde overschreden  AP ontstaan ,via juncties doorgegeven aan naburige cellen enz.

itt hartspierweefsel is deze spontane activiteit niet exact gelokaliseerd en in specifiek gespecialiseerde cellen


17.4.2. opbouw

spoelvormig, ingebed in bindweefselmatrix bestaande uit elastinevezels en collageenvezels  matrix limiteert distensie GSW

GSW niet vastgehecht aan skelet

wand hol orgaan kan sterk in volume toenemen: trekkracht op ind. cellen zeer groot  tss cellen: hechte mechanische verbindingen


contractiel apparaat niet georganiseerd in sarcomeren, geen Z schijven

dunne filamenten (actine) grijpen aan op cytoskelet: bestaat uit intermediaire filamenten verbonden netwerk van:

-)dense lichaampjes, verspreid in cytoplasma

-)dense zones in sarcolemma


dunne filamenten overlappen met dikke (myosine) filamenten  minder talrijk dan bij skeletspier- en hartspiercellen (organisatie onduidelijk)

myosine filamenten niet georganiseerd tov M-lijn  geen naakte zone: over hele lengte myosinekoppen  grotere verschuivingen dikke tov dunne filamenten bij actieve inkorting / passieve uitrekking



contractie: spoelvormige GSC meer bolvormig
dunne filamenten: geen troponine, initiatie interactie tss dunne en dikke filamenten op andere manier dan bij skelet- en hartspiercellen!
17.4.3. interactie tss myofilamenten

signaal contractie = toename [Ca2+ ] in myoplasma: binden op calmoduline,

cytoplasmatisch eiwit met hoge affiniteit voor Ca2+en betrokken in activatie van  Ca2+ afh. enzymes:
1 ervan = MLCK (myosine lichte keten kinase) in GSC: inactief in afwezigheid

Ca2+  als Ca-CAM (Ca2+calmoduline complex) bindt  kinase actief, fosforyleert bep. lichte ketens v/h myosine, geassocieerd met kop molecule



fosforylatie  interactie mogelijk myosinekoppen met actine: cross bridge cycling
(!) activatie GSC berust niet op allosterisch mechanisme (binden op TnC  conformatieverandering) maar op covalent mechanisme (fosforylatie myosinekop)
-)cyclus aanhechten en terug loslaten (cycling): veel trager doorlopen

-)ATPase activiteit myosine isoformen veel lager dan snelle skeletspiervezels!


fasische contractie: stijging Ca2+  fosforylatie MLCs relaxatie door afname Ca2+ en graad fosforylatie
uniek voor GS: lange tonische contracties zonder veel ATP verbruik

mechanisme: aangehechte dwarsbruggen (actine myosine~P) knn door myosine fosfatase gedefosforyleerd worden  aangehechte brug ontstaat die trager loskomt = “latch brug” : aanhechting, dus tonische kracht blijft onderhouden zonder voortdurende cycling en ATP hydrolyse
17.4.4. de excitatie-contractie koppeling bij gladde spiercel (examenvraag!)

[Ca2+] in cytoplasma op  manieren wijzigen:



  1. bep. GSC vertonen AP’s: Ca2+ influx doorheen spanningsafh.

kanalen via CICR mechanisme  [Ca2+]i ↑

AP’s ontstaan: naburige gekoppelde cel vuurt af of in cel zelf wordt door variatie E m (veranderde conductanties of gewijzigde activiteit elektrogene pompen) spontaan de drempel overschreden


  1. geen AP: tonisch GSW (vasculair GSC) continu spanningsafh. Ca2+

kanalen open, trage depolarisatie  Po en Ca2+ influx ↑ , hyperpolarisatie  [Ca2+]i ↓ + afname tonus


  1. afwezigheid verandering in membraanpotentiaal = farmacomechanische koppeling: [Ca2+]i ↑

vele GSC hebben receptor geopereerde Ca2+ kanalen (ROC) in membraan

bep. ligand interageert met receptor  opent ROC: Ca2+influx, amplificeerbaar via CICR



andere NT’s of liganden binden op G-proteïnen gekoppelde receptoren  PLC geactiveerd dat IP3 aanmaakt  [IP3]↑  opent IP3 receptor: vrijstelling Ca2+ uit e.r.  drastische verhoging [Ca2+] myoplasmatisch!


  1. contractie zonder tussenkomst neurotransmitter = myogene (niet-neurogene) contractie: sterke, passieve uitrekking cel 

stretch geactiveerde kanalen openen:Ca2+ influx doorheen meestal aselectieve ionkanalen via CICR ook myoplasmatische [Ca2+] ↑  myofilamenten activeren


  1. interferentie met Ca2+ extrusie en reuptake mechanismen:

verhoging cAMP of cGMP fosforyleren de afh. kinasen de Ca2+ ATP-asen in sarcolemma en in membraan e.r.  [Ca2+] ↓ cytoplasmatisch  relaxatie

fosforylatie kan ook gevoeligheid filamenten voor Ca2+ veranderen


verband E m en krachtontwikkeling :

= niet zo sterk als bij skelet- en hartspiercellen

= variabel in  types GS, afh. relatieve densiteit  Ca2+ verhogende/verlagende mechanismen
opmerking:

activatiegraad GS bep. door:



  1. activiteit op motorische neuronen van autonoom ZS

  2. circulerend hormonen, lokale stoffen, ionen, metabolieten en signalen

gekoppelde GSC en andere celtypes (endotheelcellen)

 determinatie of modulatie gecoördineerde en geïntegreerde respons!


17.4.5. Modulatie en ontwikkelde kracht

naast variaties overlapping contractiele filamenten (heterometrische regulatie) bij GSW belangrijker dan bij SSW



  • soms spatiale summatie mogelijk: niet gekoppeld weefsel aantal geactiveerde spiercellen ev. wijzigen

  • temporiële summatie en tetanisatie mogelijk: oiv repetitieve AP’s

trage ATPase activiteit gedetermineerde krachtontwikkeling  meer wss dan bij SSW

-)ook grootte [Ca2+]i ↑ kan via  mechanismen beïnvloed worden

-)ook sensitiviteit filamenten gemoduleerd




1 DHP = dihydropyridines, bepaalde klasse Ca2+ blokkers

2 allosterisch = niet enkel specifiek






De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina